光学元件外径的机器视觉测量技术研究.pdf

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1、第３８卷第４期光学仪器Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．４２０１６年８月ＯＰＴＩＣＡＬＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳＡｕｇｕｓｔ，２０１６文章编号：１００５-５６３０（２０１６）０４-０２９２-０５光学元件外径的机器视觉测量技术研究许楠楠，刘缠牢（西安工业大学光电工程学院，陕西西安７１００２１）摘要：基于机器视觉技术，采用平行光投影获取光学元件轮廓图像，通过行扫描提取目标，使用最小二乘线性回归边缘检测方法，将直线边缘定位精度达到亚像素级别，使测量精度达到微米级。实验结果表明，采用机器视觉的非接触测量方法可以实现对光学元件外径的快速准确测量。关键词：机器视觉；目标提取；亚像素边缘检测中图分类号：ＴＮ２７４文献标志码

2、：Ａdoi：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５-５６３０．２０１６．０４．００３ResearchonmachinevisionmeasurementtechnologyformeasuringopticalelementdiameterXUNannan，LIUChanlao（ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｂａｓｅｄｏｎｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｕｓｅｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｌｉｇｈｔｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｔｏｏｂｔａｉ

3、ｎｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔｏｕｒｉｍａｇｅ．Ｂｙｌｉｎｅｓｃａｎｔｏｅｘｔｒａｃｔｔａｒｇｅｔ，ｗｅｕｓｅｔｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｌｉｎｅａｒｅｄｇｅｌｏｃａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｔｏｓｕｂ-ｐｉｘｅｌｌｅｖｅｌｓｏｔｈａｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｎｒｅａｃｈｍｉｃｒｏｎｌｅｖｅｌ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｎｏｎ-ｃｏｎｔａｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃａｎａｃｈｉｅｖｅｆａｓ

4、ｔａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒ．Keywords：ｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎ；ｔａｒｇｅｔｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｓｕｂ-ｐｉｘｅｌｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ引言［１］现代科学技术中，对光学元件的检测主要包括基本量测量、材料特性测量、光学系统特性及像质检测。其中最基础的是对元件基本量的测量，对透镜来说即是对几何尺寸、光学表面质量的测量，其中光学面因其［２-３］制造工艺的复杂性，易引起加工误差，从而备受人们关注，相继研究出较多检测方法。相对而言，对非光学面的测量关注度较少，如直径、厚度等，还处于手动接触式测量阶段，如游标卡尺，

5、千分尺等，这些检测方法需耗费大量劳动力，速度也慢，已不满足现代工业的要求。近年来，基于机器视觉的测量技术已经在国外得［４-５］到了广泛的应用，其相对于接触式测量，有以下几个优点：（１）排除接触测量对物体表面的损伤；（２）测量可以连续进行，无需停止目标移动；（３）因为是数字图像处理，计算机识别，排除了人为因素的影响。因此本文应用机器视觉技术搭建了一套完整的光学元件测量系统，重点介绍了系统的软硬件结构，收稿日期：２０１６-０１-２５作者简介：许楠楠（１９９０—），女，硕士研究生，主要从事机器视觉技术检测光学元件方面的研究。Ｅ-ｍａｉｌ：１２９４６４６４５２＠ｑｑ．ｃｏｍ通信作者：刘缠牢（１９６２

6、—），男，教授，主要从事测控技术与仪器方面的研究。Ｅ-ｍａｉｌ：ｌｃｌ０１２３＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ第４期许楠楠，等：光学元件外径的机器视觉测量技术研究·２９３·结合行扫描的目标提取方法以及亚像素边缘检测，对光学元件的基本参数进行了快速准确的测量。１机器视觉测量系统设计本系统的组成分为两部分：硬件系统和软件系统。硬件系统主要完成图像采集，使用摄像机及配套的图像数据采集系统，采集能够反映光学元件特征的图像。如图１所示，光源背光照射物体，经光学系统成像于面阵相机的光敏面上，图像采集卡接收从摄像机中输入的模拟电信号，通过Ａ／Ｄ转换为数字信号，经ＵＳＢ接口传入计算机，计算机通过软件对采集的图像数据进行处

7、理，从而能快速、精确地计算出该光学元件的尺寸，并将结果显示出来。图１实验系统硬件组成图Fig．１Compositionofthesystem实验中，使用平行光管产生背景光；由于普通镜头在进行尺寸测量时会有畸变大、物距不同放大倍率不同等问题，因此选用远心镜头ＧＣＯ-２３０２０６，双方（物方、像方）远心设计，放大倍率为０．２４×，工作距离为７２ｍｍ，光学畸变小于０．２％，可有效解决普通镜头存在的问题，获取更好的像